在此,我们介绍一种实验方案,用于 原位 在层状钛酸盐薄膜的层间空间内合成金纳米颗粒(AuNPs),且未发生AuNPs的聚集现象。即使放置4个月后也未观察到光谱变化。该合成材料在催化、光催化以及低成本等离激元器件的开发中具有应用前景。
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在此,我们介绍一种实验方案,用于 原位 在层状钛酸盐薄膜的层间空间内合成金纳米颗粒(AuNPs),且未发生AuNPs的聚集现象。即使放置4个月后也未观察到光谱变化。该合成材料在催化、光催化以及低成本等离激元器件的开发中具有应用前景。
金属氧化物半导体与金纳米颗粒(AuNPs)的组合已被研究作为新型材料。 原位 在半导体层状二氧化钛纳米片(TNS)薄膜的层间空间内合成金纳米颗粒(AuNPs)的研究在此展开。两种类型的中间薄膜(即, 含甲基紫精的TNS薄膜(TNS/MV)2+)和2-氨乙硫醇(TNS/2-AET+)) 制备完成。将两种中间薄膜浸入四氯金(III)酸(HAuCl4) 溶液,使大量 Au(III) 物种进入 TNS 薄膜的层间空间。随后将所得的两种薄膜浸入四氢硼酸钠(NaBH₄)水溶液中4)溶液中,薄膜颜色立即由无色变为紫色,表明金纳米粒子(AuNPs)在TNS层间形成。当仅使用TNS/MV时2+ 用作中间薄膜时,该薄膜的颜色在30分钟内逐渐由金属紫色变为暗紫色,表明金纳米颗粒(AuNPs)发生了聚集。相比之下,使用TNS/2-AET可抑制这种颜色变化。+ 中间薄膜,且AuNPs在超过4个月的时间内保持稳定,这由AuNPs的特征性消光(吸收和散射)峰所证实。
多种贵金属纳米颗粒(MNPs)由于具有局域表面等离子体共振(LSPR)特性而呈现出特征性的颜色或色调;因此,MNPs可用于多种光学和/或光化学应用1-4近年来,金属氧化物半导体(MOS)光催化剂的组合,例如二氧化钛(TiO₂)2)和磁性纳米粒子(MNPs)作为新型光催化剂已得到深入研究5-14然而,在许多情况下,由于大多数MOS颗粒的比表面积相对较小,其表面存在的MNP数量非常有限。另一方面,层状金属氧化物半导体(LMOSs)具有光催化性能,并且比表面积较大,通常每克LMOS可达数百平方米15-17此外,多种层状金属氧化物具有插层特性(即, 各种化学物质可容纳于其可扩展且较大的层间空间中)15-20因此,通过将磁性纳米颗粒(MNPs)与介孔氧化物半导体(LMOSs)结合,有望使相对大量的磁性纳米颗粒与半导体光催化剂杂化。
我们已报道了首个 原位 铜纳米颗粒(CuNPs)的合成21 在LMOS(二氧化钛纳米片;TNS)的层间空间内16-30)透明薄膜,步骤非常简单。然而,其他贵金属MNPs和TNS杂化材料的合成过程细节及其表征尚未见报道。此外,TNS层内的CuNPs在常温环境下容易被氧化并褪色。21因此,我们重点关注了金纳米颗粒(AuNPs),因为AuNPs被广泛应用于各种光学、光化学和催化领域,且预期其对氧化具有相对较高的稳定性。3-5,7,8,10-14,28,31,32在此,我们报道了在TNS层间空间内合成AuNPs,并表明2-氨乙基硫醇(2-AET)+; 图1 插图)作为TNS层间AuNPs的保护试剂具有良好的效果。
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注意:操作化学品和溶液时务必小心。应遵循适当的安全操作规程,并始终佩戴手套、护目镜和实验服。请注意,与相应的块体材料相比,纳米材料可能存在额外的危害。
1. 试剂的准备
2. TNS 胶体悬浮液的合成
注意:二氧化钛纳米片(TNS;Ti0.91O2)的制备参照先前报道的成熟方法进行22,23,30。
3. TNS薄膜的合成21
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本研究使用了两种类型的前驱体薄膜(即, 含和不含保护剂(2-AET)+)在TNS的层间内。在无2-AET的情况下+1,1'-二甲基-4,4'-联吡啶二氯化物(甲基紫精;MV)2+)被用作层间空间的扩增剂,因为MV2+含 LMOSs 常被用作客体交换法中制备 LMOSs 的中间体16,17,21,33-36.
不含2-AET+的AuNPs合成
为了获得Au(III)插层的TNS(TNS/Au(III))薄膜,需进行MV2+ 嵌入式TNS(TNS/MV)2+)21,24,25,27,29 将薄膜浸入 HAuCl 的水溶液中
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本文提供了一项详细的实验方案 原位 在TNS薄膜层间空间内合成金纳米颗粒(AuNPs)。这是首次报道该方法 原位 在TNS层间空间内合成AuNPs。此外,我们发现2-AET+ 在TNS层间作为AuNPs的有效保护试剂。这些方法将AuNPs与TNS透明薄膜复合。具有良好光学透明性的TNS薄膜21 通过烧结工艺(s-TNS薄膜)制备,具体步骤见方案部分。为彻底去除有机杂质,需重复进行烧结处理。若有机杂质残留,薄膜会呈现深灰色。本实验中通常进行两次烧结;但可根据需要增加重复次数。
我们成功利用两种中间薄膜合成了含金纳米颗粒的层状TNS薄膜即, TNS/MV2+ 和 TNS/2-AET+ 薄膜)。将两层中间薄膜浸入水相的 HAuCl4 溶液,且存在大量金物种(一个Au原子占据的空间为1.47–1.61 nm)2)被容纳在TNS薄膜的层间空间内。这表明MV2+ 和 2-AET+...
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我们没有需要披露的内容。
本工作部分得到了日本板硝子财团材料科学与工程基金以及日本学术振兴会科学研究费补助金(挑战性探索研究资助,#50362281)的支持。
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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 氯化甲基紫精 | Aldrich Chemical Co., Inc. | 1910-42-5 | |
| 氢氧化四丁基铵 | TCI | T1685 | |
| 碳酸铯 | 关东化学株式会社 | 07184-33 | |
| 锐钛矿型二氧化钛 | 石原产业株式会社 | ST-01 | |
| 盐酸 | 纯粹化学株式会社 | 20010-0350 | |
| 氢氧化钠 | 纯粹化学株式会社 | 195-13775 | |
| 三水合氯金酸(III) | 关东化学株式会社 | 17044-60 | |
| 四氢硼酸钠 | 纯粹化学株式会社 | 39245-1210 | |
| 2-氨基乙硫醇盐酸盐 | TCI | A0296 | |
| 超纯水(0.056 µS/cm) | Milli-Q 水净化系统(Direct-Q® 3UV, Millipore) | ||
| 显微镜载玻片(厚度:1.0–1.2 mm) | 松内玻璃株式会社 |
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